芳綸誕生于20世紀 60年代的美蘇冷戰時期,最早作為美國航空材料開發。冷戰結束后隨著芳綸被逐步應用民用領域實現了軍用戰略物資到民用產品的過度。國際上率先實現芳綸商業化應用的是美國杜邦公司,其于1960年小試成功間位芳綸,并于1967年開始生產對應的工業型號Nomex。1972年杜邦公司的對位芳綸Kevlar 實現工業化,同年日本帝人實現間位芳綸Conex的生產。此后荷蘭阿克蘇諾貝爾、赫斯特等廠商逐步實現了芳綸的產業化。隨后,日本、俄羅斯等國80年代也先后實現芳綸的量產。
我國芳綸的研究工作起步于20世紀70年代,相比于國外較晚。早在 1986 年的“七五”期間,國內就有東華大學化纖研究所、晨光化工研究院、上海合成纖維研究所、沈陽市紅星密封材料廠等單位開始研制和生產對位芳綸,但受制于資源,成本等原因芳綸產業化進度緩慢。
二十一世紀開始,國內芳綸產業化開始突破,2004年,泰和新材實現了間位芳綸的量產,隨后2011年其對位芳綸也實現了工業化。2013年中化國際進軍芳綸產業,并于2022年在高強高模對位芳綸產品方面取得關鍵技術突破,成功實現國產化替代,有力維護了國內通信光纜等產業鏈供應鏈的安全與穩定。目前中化國際擁有5500噸/年對位芳綸產能,高強高模產品占比達到產量的75%。與此同時,中化國際還正在推進2500噸/年對位芳綸擴建項目,預計2024年建成投產,屆時對位芳綸總產能將達到8000噸/年。
此外,中芳特纖、儀征化纖、聚芳新材料、河北硅谷化工等企業產能也達到了千噸級,我國對位芳綸供給能力得到明顯改善。
2022年4月,工信部和國家發改委聯合提出,要提升高性能纖維生產應用水平,支持芳綸在下游高端領域中的應用。2021年全球芳綸市場規模為39億美元,根據帝人的數據,預計到2025年全球市場市場規模在 53 億美元,約 350 億人民幣,CAGR 為 9.7%。國內芳綸最初因產品性能及質量穩定性等問題主要用于低端領域,近年來隨著技術進步和新產品開發,逐漸向高端領域滲透,特別是產業工裝、芳綸紙用間位芳綸和防護、復合材料用對位芳綸、鋰電隔膜芳綸涂覆市場需求增速較快,預計未來整體需求增速將保持10%左右。
2022年我國芳綸產量3.46萬噸,其中間位芳綸1.65萬噸,對位芳綸1.81萬噸。當前我國對位芳綸國產化率很低,2022年估計產量僅占全球不足25%。而間位芳綸雖產量相對較高,但面臨著高端化程度不足,呈現低端出口高端進口的結構化問題。隨著國內自主研發不斷深入,泰和新材為首的企業陸續突破相關生產技術,芳綸國產替代進程加快,未來芳綸國產化水平有望大幅度提升。
全球和中國間位芳綸需求
個人防護、高溫濾材、蜂窩絕緣需求向好,間位芳綸需求持續拉動。隨著《防護服裝阻燃服》(2021.8.1 實施)和《個體防護裝備配備規范》(2022.1.1 實施)等強制性國家標準的發布和實施,產業工裝對間位芳綸的需求將大幅增加。據中國產業用紡織品協會會長李陵申介紹,目前國內個人防護領域除消防服與國際接軌、采用芳綸面料外,其它行業的安全防護服裝基本上還是采用棉布或滌綸布阻燃處理面料為主,普遍存在洗滌后阻燃性能快速下降、使用壽命短、耐溫低、舒適性差等缺陷。
芳綸用于鋰電涂覆提升鋰電池關鍵性能,間位芳綸需求空間打開。鋰電池涂覆為在鋰電池電芯隔膜或極片進行涂覆的工藝方式,可以提高鋰電池電芯隔膜的耐熱性和抗刺穿能力,并降低涂覆隔膜的含水率,有助于改善鋰電池的倍率性能和循環性能,提升電芯的良品率,并提高鋰電池的安全性能。在涂覆領域,氧化鋁(陶瓷/勃姆石) 涂覆、PVDF涂覆、氧化鋁與PVDF混合涂覆等技術已經廣泛應用。為了進一步提升隔膜性能,近來,LG等率先使用芳綸替代勃姆石進行鋰電池涂覆,預計國內企業也將陸續對該新技術進行布局。
對位芳綸產能被杜邦和帝人壟斷,國內企業打破技術封鎖開啟擴產。2022年全球對位芳綸產能共11.8萬噸,預計 2025年全球對位芳綸市場規模37億美元,受下游防護用品需求驅動,以及新興應用領域開拓。根據 Reseach and market 預測,預計 2025 年全球芳綸中70%為對位芳綸,對位芳綸市場空間達到37億美元,當前全球芳綸名義產能約14-15萬噸/年,其中對位芳綸需求約在8-9萬噸,對應市場規模在170億元左右。
產能主要被國際大公司占據,杜邦和帝人兩家公司對位芳綸產能總計占全球54%。中國產能占比不足,約占全球29%。泰和新材2022年對位芳綸產能 6000 噸/年,占國內總產能 17.54%。產能不足掣肘下,國內需求無法打開,我國對位/間位需求長期低于國際水平。隨著以泰和新材、中化國際為首的國內企業逐漸突破技術封鎖開啟擴產,對位芳綸在我國的需求也將逐步打開。
應用方面,對位芳綸在光通信及橡膠領域的需求將保持旺盛。2022 年全球對位芳綸需求7.5萬噸,國內需求約2.1萬噸。對位芳綸特殊材料結構,其被廣泛應用于光纖增強、安全防護、橡膠增強以及防摩擦領域。2021年,全球市場需求分布來看,30%為車用防摩擦,30%為安全防護、防彈材料領域,15%光纖增強,10%輪胎,10%橡膠;國內需求分布來看,40%為光纖增強,30%安全防護,10%汽車膠管,10%繩索。根據泰和新材投資者交流,國內光通信領域需求大約5000噸,橡膠板塊(比如浸膠線、大型輸送帶)2000 噸,高附加值方面的工業復合絲約1000多噸;防護大約1000-2000 噸。未來對位芳綸在光通信及橡膠增強領域的需求將逐步增長,預計國內對位芳綸需求年增速將在10%。
對位芳綸纖維產業對從業人員的知識儲備與從業經驗的標準與要求較高。對研發人員而言,不僅需要扎實的、多學科的知識儲備,還需具備多年的實踐經驗;對銷售人員而言,除了銷售策略,還需對材料、機械等相關產品知識有一定了解。因此,對于新進入的企業而言,難以在短期內招聘、培養、建立起有競爭力的人才梯隊,該行業的人才壁壘較高。
對位芳綸纖維行業具有客戶領域分布廣泛、產品種類繁多和更新換代快等特點,不同領域產品的材料特性、結構設計特點、制造標準、精度要求等方面都會存在差異,需要公司經過長時間的實踐和對相應產品應用行業的研究,融合結構設計、信息技術、材料科學等多個領域的技術,并積累相關的數據和經驗,培養專業的生產技術人員和工程設計人員。
我國對芳綸制品技術的突破已逾十年,以泰和興、中化國際、上海蘭邦為首的企業憑借先發優勢迅速占領國內市場。大型公司在對合作制造商進行考察評估的過程中會耗費較多的時間成本與經濟成本,面臨著較大的客戶轉換成本,這使其非常注重合作的長期性和穩定性,行業新進入者往往需耗費大量人力與物力推動大型企業替換其原有供應商。
綜上所述,發展芳綸纖維是我國高科技產業發展的關鍵,也是促進航空航天和軍事發展的物質基礎,但我國芳綸纖維的研究和開發與發達國家相比嚴重落后,很多生產設備、原料以及產品依賴進口,這就需要我們不斷努力,打破國際核心技術封鎖,攻破技術壁壘,自主創新。高強型/高韌型對位芳綸纖維的開發及高性能復合材料的開發是未來發展的方向。我國也需要加快提升間位芳綸、對位芳綸及中間體研發和制造的自主創新能力,將芳綸纖維滲透到汽車輕量化、風力發電、土木建筑、船舶繩纜、航空航天、國防軍工等更多領域。
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